Homeostaza, wydolność fizyczna, zapotrzebowanie energetyczne,

obciążenie termiczne, problemy pracy zmianowej i nocnej

Utrzymanie właściwego dobrostanu fizycznego związanejest więc z zapewnieniem pracownikowi takich warunkówpracy, które nie zakłócą naturalnych (fizjologicznych)procesów życiowych przebiegających w ustroju i tymsamym zapewniają utrzymanie jego homeostazy.

Homeostaza to przede wszystkim utrzymaniestałości składu, objętości, ciśnienia osmotycznego,pH i temperatury wewnątrz ustroju człowieka nastałym poziomie warunkującym prawidłowefunkcjonowanie organizmu

Homeostaza jest więc - definiując najogólniej - stanem równowagi wewnętrznej organizmu. Organizm wyposażony jest w wewnętrzny system automatycznej kontroli wielu procesów życiowych, którego działanie umożliwia utrzymanie odpowiedniej temperatury ciała, objętości płynów ustrojowych, ciśnienia parcjalnego tlenu i stężenia glukozy we krwi (energia). Właściwy poziom glukozy we krwi, podstawowego składnika energetycznego, regulowany jest wydzielaniem przez trzustkę insuliny i glukagonu. Glukagon powoduje zwiększenie, a insulina obniżenie poziomu cukru we krwi

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy

Pojęcie „kkoosszztt ffiizzjjoollooggiicczznnyy pprraaccyy” różni się od pojęcia „kkoosszztt eenneerrggeettyycczznnyy”. Koszt energetyczny wykonanej pracy możemy dość precyzyjnie zmierzyć. Obciążenie fizjologiczne związane jest z funkcjonowaniem narządów i układów człowieka związanych z charakterem wykonywanej pracy i nie ma obiektywnych metod pozwalających je dokładnie określić. Ma ono cechy wysoce zindywidualizowane, chociaż można wyodrębnić pewne wspólne uwarunkowania wynikające z charakteru wykonywanej pracy.

Trudno czasami znaleźć bezpośredni związek między wykonywaną pracą, a reakcjami fizjologicznymi organizmu pracownika, chociaż związek taki niewątpliwie istnieje. Chcąc opisać procesy fizjologiczne związane z pracą, należy przede wszystkim zdefiniować podstawowe pojęcia związane z pracą mięśni, wysiłkiem i zmęczeniem. Związana z tym jest wydolność fizyczna, pułap tlenowy oraz obciążenie bezwzględne.

CZYNNIKI DETERMINUJĄCE WYDOLNOŚĆ FIZYCZNĄ  - Czynnik genetyczny-       Potencjał energetyczny

-     procesy tlenowe -     procesy beztlenowe,-     rezerwy energetyczne,

-       koordynacja nerwowo – mięśniowa-     siła i szybkość ruchów,-     technika,

-       Termoregulacja oraz gospodarka wodna i elektrolitowa-       Cechy budowy somatycznej

(wysokość i masa ciała, rozwój masy mięśniowej, płeć, wiek, skład ciała)

-       Czynniki psychologiczne:

Czynnik genetyczny • Czynnik ten jest chyba najważniejszym wskaźnikiem

determinującym wydolność fizyczną. Jak wiemy każdy człowiek ma swoją pulę genową którą już w chwili poczęcia dostaje od rodziców. W genach jest zapisane dosłownie wszystko: kolor oczu, wysokość ciała, typ budowy i oczywiście ewentualne zdolności warunkujące wydolność fizyczną. Jednak wszystko w jakimś zakresie można wytrenować i w jakimś stopniu poprawić. Nie jest inaczej z możliwościami wydolnościowymi. To co dziedziczymy po rodzicach to 85% naszej maksymalnej wydolności, więc jeśli pula genowa nie dostarczy nam odpowiednich predyspozycji już na starcie, to nawet solidny trening nie jest w stanie podnieść wydolności do oczekiwanego poziomu.

Potencjał energetyczny• Rozpoczęcie aktywności ruchowej wiąże się z

wykorzystaniem w pierwszej kolejności energii dostępnej w warunkach anaerobowych. Reakcją energetyczną inicjującą jest rozpad ATP, kwas ten należy do wysokoenergetycznych związków fosforowych, syntezowanych w mitochondriach. Energia powstała z jego rozpadu w mięśniu jest w 45% przetwarzana na skurcz włókien mięśniowych. Ilość energii (ATP) zmagazynowanej w mięśniach jest stosunkowo niewielka, zważywszy na to jak wiele energii potrzeba do maksymalnego wysiłku.

• Źródła energetyczne w organizmie ludzkim pochodzą z przemian w nim zachodzących. Te przemiany w zależności od rodzaju i długości wysiłku dzielimy na procesy tlenowe i beztlenowe. Przedłużanie pracy poza granice 40 – 60 sekund, powoduję że zasadniczym źródłem energii, zapewniającym resyntezę wysokoenergetycznych związków fosforowych i usuwanie mleczanów, są przemiany tlenowe. Procesy tlenowe mogą być bardzo długotrwałe ponieważ zależą tylko od ilość substratu energetycznego, zużywanego w procesie utleniania (glikogen, kwas mlekowy, wolne kwasy tłuszczowe). Substancji tych zaczyna brakować dopiero po długotrwałym, wyczerpującym wysiłku. Istotną rolę w zapewnieniu odpowiedniej ich ilości odgrywa stosowanie właściwej diety.

• Intensywne ćwiczenia fizyczne mogą doprowadzić do zwiększenia zaopatrzenia tlenowego tkanek pracujących, czyli do podwyższenia progu beztlenowego oraz pułapu tlenowego, a więc do zwiększenia mocy rozwijanej przez mechanizm tlenowy. Systematyczny trening powoduje rozwój mięśni szkieletowych i wszystkich narządów i tkanek współpracujących ze sobą w utrzymaniu równowagi wewnątrzustrojowej oraz w zaopatrzeniu tlenowym. Modyfikacje pojawiające się w wyniku długotrwałego treningu zapewniają ustrojowi większe wysiłkowe możliwości adaptacyjne.

• Lepsze i szybsze zaopatrzenie tlenowe tkanek jest głównie wynikiem usprawnienia czynności układu krążenia, poprzez zwiększenie maksymalnej pojemności minutowej serca i przepływu mięśniowego krwi. W wysiłku sportowym ważne jest by wysoki poziom przemian tlenowych został uzyskany jak najwcześniej, zmniejszając tym samym pobór energii ze źródeł beztlenowych, mniej ekonomicznych dla organizmu.

• Warunkiem wysokiej wydajności aerobowej jest trening. Pobór tlenu, czynność układów sercowo – naczyniowego oraz oddechowego wzrastają na początku pracy stopniowo, osiągając dopiero po około 2 – 5 minutach poziom odpowiedni do potrzeb danego wysiłku fizycznego. Chcąc skutecznie obciążyć odpowiednie układy krążenia i oddychania musimy wykonywać pracę fizyczną co najmniej przez okres 3 – 5 minut, powtarzając ją w krótkich odstępach czasu. Jej intensywność powinna być odpowiednio duża, aby tempo przestrajania czynności układów było wysokie.

• Wydolność tlenową można powiększać za pomocą treningu. W zależności od czynności wysiłkowych i czasu ich trwania. Pożądane są wysiłki długotrwałe o mniejszej intensywności. Wniosek z tego taki, że uprawianie sportu i regularne treningi zwiększają wydajność aerobową trenującego.

• Rozpad wysokoenergetycznych związków fosforowych (ATP) łącznie z degradacją glikogenu, dzięki dużej mocy jaką są w stanie rozwinąć, zabezpieczają potrzeby energetyczne w warunkach wysiłków krótkotrwałych i bardzo intensywnych.

• Ćwiczenia aerobowe (tlenowe) to taki rodzaj aktywności, która przyspiesza oddech i bicie serca dzieki czemu do mięśni i narządów ciała dociera więcej utlenionej krwi. Serce i płuca osoby wykonującej taką aktywność współpracują przy dostarczaniu tlenu do organizmu. Ćwiczenia aerobowe zmuszając płuca i serce do cięższej pracy, wzmacniają je i poprawiają ich kondycję. Wysiłek aerobikowy to między innymi - spacerowanie, praca w ogródku, sprzątanie na podwórku, chodzenie po górach, jeżdżenie na rowerze, pływanie, jogging, tenis pojedynczy, koszykówka, jazda na biegówkach. Typowy okres ćwiczeń trwa od 20 do 60 minut. W momencie, kiedy zaczynasz ćwiczyć twój metabolizm gwałtownie wzrasta o ok. 20 krotnie względem stanu spoczynku. Jest to bardzo korzystna zmiana, jeśli powtarzana jest w sposób regularny.

• Ćwiczenia anaerobowe natomiast, to takie, przy których mięśnie produkują energię w procesach beztlenowych (anaerobowych). Do ćwiczeń tych zaliczymy wszystkie typowe ćwiczenia na rozwój konkretnych mięśni - brzuszki, pompki, podnoszenie ciężarów, ćwiczenia na atlasie - ogólnie wszystkie ćwiczenia mające na celu rozwój mięśni. Podczas ćwiczeń wymagających od danych grup mięśni bardzo dużego wysiłku, krew nie jest wstanie dostarczyć na czas wystarczającej ilości tlenu, aby mięśnie mogły spalać tłuszcze. Podczas ćwiczeń anaerobowych więc spalaniu ulegają cukry zgromadzone w organiźmie. Do ich spalania organizm nie potrzebuje dostaw tlenu. Tłuszcz pozostaje w zasadzie nie tknięty. Ćwiczenia anaerobowe natomiast powodują rozwój mięśni.

• W sporcie oprócz bezwzględnego poziomu prędkości maksymalnej i w niemniejszym stopniu ważna jest możliwość długiego utrzymywania dużej mocy. Uzyskanie dobrych wyników w biegach krótkich zależy od poziomu maksymalnej prędkości biegu i czasu jej utrzymania.

• Pojemność źródła anaerobowego oraz jego maksymalna moc zależy przede wszystkim od zawartości ATP i fosfokreatyny. Przyrost mięśni powoduje, że udział tkanki mięśniowej w budowie ciała wzrasta i większa jej ilość przypada na kg masy ciała. Przyczynia się to równocześnie do podwyższenia puli fosfagenu przypadającej na kg masy.

• Przedłużenie okresu wysiłku fizycznego ponad 10 – 15 sekund wiąże się z koniecznością uruchomienia intensywnej produkcji energii ze źródła tlenowego, ponieważ wysokoenergetyczne związki fosforowe posiadają ograniczoną pojemność. Ich resynteza będąca wynikiem wykonywania skurczów mięśniowych, przebiega w mechanizmie mleczanowym, kosztem rozpadu glikogenu. Ważna jest też maksymalna ilość kwasu mlekowego tolerowana przez tkanki ustroju, a także stężenie glikogenu w tkance mięśniowej. Od tego zależy wielkość zaciągniętego przez organizm długu tlenowego.

• U osób zdrowych i sprawnych lecz nie trenujących poziom długu O2 nie przekracza 10 litrów, natomiast u sportowców może on sięgać 15 – 20 litrów.

• Stopień udziału poszczególnych mechanizmów w energetyce pracy fizycznej zależy głównie od jej intensywności oraz okresu jej trwania. 

Koordynacja nerwowo - mięśniowa• Siła mięśni to właściwość ich skurczu, regulowana funkcjami

nerwowo – mięśniowymi. Zależy ona także od pewnych cech budowy mięśnia szkieletowego, np. przekroju fizjologicznego. Mięśnie pierzaste warunkują większą siłę niż wrzecionowate, ponieważ przy podobnej grubości posiadają większy przekrój fizjologiczny.

• Wielkość wyzwalanej siły maksymalnej mięśnia podczas oporu zewnętrznego zależy także od stopnia wstępnego rozciągnięcia włókien mięśniowych oraz od wielkości kątów, jakie tworzą między sobą dźwignie kostne w stawach.

• Pokonywanie oporu zewnętrznego przez skurcz mięśniowy może się odbywać nie tylko za pomocą siły, ale także szybkości. Największa szybkość skurczu obserwowana jest wówczas, kiedy obciążenie mięśnia równa się zeru. Napięcie mięśnia zwiększa się wraz z obciążeniem, a więc maleje ze wzrostem szybkości skurczu.

• Ilość pracy maksymalnej wykonywanej w jednostce czasu jest dla mięśnia wielkością stałą, ponieważ moc (M) jest iloczynem prędkości (s/t) i siły (F) to wzrost siły oporu pociągnie za sobą zmniejszenie prędkości, czyli skrócenie drogi skurczu w jednostce czasu. Uzyskanie większej szybkości jest możliwe tylko przy równoczesnym zredukowaniu obciążenia mięśnia, na które składa się wielkość ciężaru przyłożonego do dźwigni kostnej oraz ciężar samej dźwigni. Także czas potrzebny do osiągnięcia maksymalnej prędkości jest skorelowany ujemnie z obciążeniem. Udoskonalenie koordynacji nerwowo – mięśniowej sprzyja nie tylko ulepszeniu wyników, lecz również obniża zapotrzebowanie tlenowe w czasie wykonywania określonego ćwiczenia.

Termoregulacja oraz gospodarka wodna i elektrolitowa• W przypadku długotrwałego wysiłku bardzo często

spotykamy się z obfitą produkcją potu a co za tym idzie utratą płynów, z powodu dużego obciążenia cieplnego. Powoduje to często wzrost temperatury wewnętrznej ciała. Ilość utraconej wody zależy od czasu trwania i natężenia wysiłku. Mechanizmy regulujące temperaturę ciała można ocenić za pomocą wydalonego potu. Jeśli równoważnik energetyczny wydalonego potu przekracza ilość faktycznie wyprodukowanej energii cieplnej, to sprawność czynnościowa mechanizmów termoregulacyjnych jest obniżona. Z kolei mała wydajność tych mechanizmów może prowadzić do szybkiego odwodnienia i przegrzania ustroju, pociąga za sobą zmiany wydajności.

Woda stanowi około 60% masy ciała. Płyny ustrojowe rozmieszczone są w dwóch przestrzeniach:-   wewnątrz komórek, -   poza komórkami (płyn tkankowy, limfa, osocze, płyn w świetle

jam ciała).Głównymi jonami płynu pozakomórkowego są: sód, dwuwęglanyi chlor. W przestrzeni śródkomórkowej dominują potas, częściowo magnez oraz białka i fosforany. Kationy te służą do:-  utrzymania ciśnienia osmotycznego w organizmie (Na, Cl, P),-  zachowanie prawidłowego rozmieszczenia płynów ustrojowych i stopnia uwodnienia tkanek,-  depolaryzacja elektryczna błon komórkowych,-  funkcje budulcowe,-  regulacja odczynu płynów ustrojowych,-  katalizowanie reakcji przemiany materii.

• Aktywność ruchowa człowieka jest jednym ze stanów stymulujących wydalanie wody z organizmu. Duża utrata wody z organizmu powoduje zagęszczenie krwi. Krytyczna granica ubytku wody, której przekroczenie prowadzi do śmierci wynosi około 12% masy ciała. Wysiłek fizyczny prowadzi do utraty potasu komórkowego, głownie mięśniowego.

• Ubytek wody ustrojowej oraz soli mineralnych prowadzi do wyraźnego obniżenia zdolności do pracy. Odwodnienie rzędu 5% redukuje wyraźnie maksymalny pobór tlenu i prowadzi do szybszego wystąpienia stanu zmęczenia.

Budowa somatyczna• Czynnikiem warunkującym wydolność fizyczną

jest budowa i proporcja ciała. Każdy typ aktywności fizycznej wymaga pewnego rodzaju cech budowy ciała. Stosunkowo niewielkie różnice w wysokości, masie ciała, stopniu umięśnienia powodują różne zachowania się organizmu w stosunku do podejmowanego wysiłku. Osobnik krępy, muskularny, niewysoki będzie widziany jako ciężarowiec, bo jest umięśniony i ma krótsze dźwignie, co pozwoli nie napinać nadmiernie mięśni.

Z kolei człowiek smukły i muskularny, o masywnym kośćcu jest odpowiedniejszy do konkurencji sprinterskich, itd.

• Czynnikiem decydującym o wydolności fizycznej jest oczywiście także płeć i wiek osobnika. Rozwój osobniczy człowieka cechuje się ciągłymi zmianami w tkankach i narządach. Początkowo przejawiają się procesy wzrastania (rozwój struktury i funkcji układu nerwowego, sercowo – naczyniowego, oddechowego, hormonalnego, mięśniowego, itd.), skutkiem czego wydolność tych narządów wzrasta. Później następuje stabilizacja morfologiczna i fizjologiczna organizmu. W końcowym okresie bytu ludzkiego przeważają procesy rozpadu (zanikowe), które prowadzą do ograniczenia możliwości czynnościowych organizmu.

• Wartość VO2 max (pułap tlenowy) wzrastają znacznie w okresie szkolnym, osiągając najwyższe wielkości u przedstawicieli obojga płci między 18 a 20 rokiem życia. Maksymalna wielkość VO2 max osiągana przez płeć żeńską w rozwoju osobniczym kształtują się na mniejszym poziomie niż u mężczyzn.

• Pułap tlenowy zmienia się z wiekiem, a przyczyną tego są zmiany maksymalnych prędkości skurczów serca, które wzrastając w wieku dziecięcym osiąga około 10 roku życia poziom najwyższy (ponad 200 uderzeń na minutę), w dalszych okresach obniża się stopniowo.

• Siła mięśniowa zależy także od wielkości organizmu oraz od właściwości i proporcji jego budowy. Podlega ona jednak ogromnym wpływom zewnętrznym. Maksymalna siła mięśniowa u chłopców osiągana jest w wieku 20 – 30 lat. Dziewczęta osiągają tą siłę w wieku 20 – 25 lat. Poziom siły uzyskiwany przez kobiety jest mniejszy niż uzyskiwany przez mężczyzn. Ogromny wpływ na rozwój siły wywiera okres dojrzewania. Po osiągnięciu szczytowej wartości siły rozpoczyna się stały proces jej zmniejszania. Młodzi ludzie są bardziej predysponowani do wykonywania wysiłków wymagających szybkości i siły.

Czynniki psychologiczne• Przeżycia psychologiczne rzutują wyraźnie na

zachowanie człowieka. Jest to widoczne zwłaszcza w działalności sportowej, w której często pojawiają się intensywne stany emocjonalne. Dotyczy to szczególnie okresu startowego i samych zawodów. W zależności od predyspozycji psychicznych zawodnika stany te mogą pomagać w osiągnięciu maksymalnego wyniku sportowego lub też doprowadzać do jego znacznego obniżenia. W dzisiejszym sporcie motywacja i psychika zawodnika jest bardzo ważna świadczy o tym fakt, że coraz częściej zawodnikowi oprócz trenera towarzyszy psycholog.

Określenie tzw. pułapu tlenowego dobrze przedstawia relacja między wydolnością a obciążeniem wysiłkowym. PPuułłaapp ttlleennoowwyy jjeesstt ttoo ssuummaarryycczznnyy wwsskkaaźźnniikk cchhaarraakktteerryyzzuujjąąccyy sspprraawwnnoośśćć uukkłłaadduu kkrrąążżeenniiaa ii uukkłłaadduu ooddddeecchhoowweeggoo.. JJeesstt ttoo zzddoollnnoośśćć ppoobbiieerraanniiaa ttlleennuu pprrzzeezz oorrggaanniizzmm,, zzwwaannaa ttaakkżżee wwyyddoollnnoośścciiąą aaeerroobboowwąą oorrggaanniizzmmuu ((VVOO22 mmaaxx))

Bezpośredniego pomiaru VO2 max można dokonać podczas badania wielkości obciążenia na cykloergometrze lub na bieżni elektrycznej. Często jest to połączone z wykonaniem elektrokardiogramu.

Nadzór nad tego rodzaju testem powinien zawsze sprawować lekarz

Innym sposobem oceny ciężkości pracy jest pomiar wydatkuenergetycznego mierzonego obciążeniem bezwzględnym

Klasyfikację ciężkości pracy na podstawie wydatku energetycznegoprzedstawia tabela (wyniki wg E. H. Christensena)

Podział wg wydatku energetycznego z punktu widzeniaprzewidywania reakcji fizjologicznych jest mało przydatny,gdyż nie uwzględnia wydolności fizycznej człowiekawykonującego pracę.

Wysiłek określony wg wielkości wydatku energetycznegojako średnio ciężki może być wysiłkiem ciężkim dla osoby omałej wydolności fizycznej lub lekkim dla osoby o dużejwydolności.

Oprócz obciążenia bezwzględnego można posłużyć siępomiarem obciążenia względnego.

Obciążenie względne określa stosunek międzyzapotrzebowaniem na tlen podczaswykonywania pracy a maksymalnympobieraniem tlenu przez organizm (% VO2 max).

Dzieli się na: wysiłki lekkie < 10% VO2 max wysiłki średnio ciężkie 10 ÷ 30% VO2 max wysiłki ciężkie 30 ÷ 50% VO2 max wysiłki bardzo ciężkie > 50% VO2 max

W badaniach Astranda przeprowadzonych u ludzi zdrowych owysokiej wydolności fizycznej stwierdzono, że do 8 godzinmogą oni bez zaburzeń homeostazy wykonywać wysiłki, przyktórych obciążenia nie przekraczają 50% VO 2 max.

Sformułowano kryterium dopuszczalności obciążeńwysiłkowych w pracy zawodowej, którą mogąwykonywać w sposób ciągły ludzie zdrowi i ustalono,że 50% VO2 max stanowi granicę obciążeń.

Na podstawie tego kryterium autor proponuje sposób ocenydopuszczenia do pracy zawodowej, w zależności od obciążeńoraz wydolności fizycznej

Wysiłki fizyczne można pogrupować w następującysposób:

wysiłki lokalne występują wtedy, gdy w wysiłkuzaangażowanych jest mniej niż 30% całej masy mięśniowej(np. praca tylko jednej lub dwóch kończyn górnych)

wysiłki ogólne występują wtedy, gdy w wysiłkuzaangażowanych jest ponad 30% masy mięśni (np. pracawykonywana za pomocą obu kończyn dolnych)

wysiłki maksymalne występują wtedy, gdyzapotrzebowanie na tlen podczas wykonywania pracy jestrówne indywidualnej wartości VO 2 max

wysiłki supramaksymalne występują wtedy, gdyzapotrzebowanie na tlen przekracza VO2 max

wysiłki submaksymalne występują wtedy, gdyzapotrzebowanie na tlen jest mniejsze, niż VO 2 max

Tabela 2. Podwyższenia poziomu przemiany materii podczas pracy umysłowej .     

Rodzaj pracy Wzrost przemiany materii w

stosunku do podstawowej przemiany materii

w % ppm - 100,0 %

 Czytanie ciche w pozycji siedzącej  Czytanie głośne w pozycji siedzącej  Wygłaszanie referatów w pozycji stojącej  Wykładanie w pozycji stojącej  Gra na trąbce  Gra na skrzypcach ( skrzypek zawodowy ) Gra na skrzypcach ( amator ) Nauczanie (zajęcia praktyczne )

 16 

48 

45 

94 

44 

52 

77 

9,9-83,5 

• PPM to procesy zachodzące w organizmie człowieka będącego na czczo przez 12 godzin i pozostającego w całkowitym spoczynku fizycznym i psychicznym. Podstawowa przemiana materii dostarcza energii do utrzymania procesów życiowych, takich jak: aktywność mózgu, wątroby, nerek, mięśni, serca, krążenie krwi i chłonki, perystaltyka jelit czy temperatura ciała. PPM osiąga w ciągu doby różne wartości i zależy od płci, wieku, masy ciała, wzrostu oraz klimatu. Najniższy poziom stwierdza się w czasie snu.

• Wielkość PPM każdy z nas może teoretycznie obliczyć dla siebie, zakładając, że u ludzi zdrowych przemiana materii jest wielkością względnie stałą i wynosi w przybliżeniu 1 kcal na kg masy ciała w ciągu godziny; stąd chcąc obliczyć przybliżoną wielkość PPM w ciągu doby wystarczy pomnożyć masę ciała osoby badanej przez 24. Tak wyliczoną wartość PPM należy traktować jako orientacyjną, ponieważ nie uwzględnia ona takich czynników, jak płeć czy wiek.

• Do dokładniejszego obliczenia PPM służą np. wzory Harrisa i Benedicta:PPM (kcal) dla mężczyzn = 66,47 + 13,75 mc (kg) + 5 wzrost (cm) - 6,75 wiekPPM (kcal) dla kobiet= 665,09 + 9,56 mc (kg) + 1,85 wzrost (cm) - 4,67 wiek(gdzie: mc = masa ciała w kilogramach)

Na przykład: kobieta o masie ciała 60 kg, wzroście 165 cm, mająca 30 latPPM = 665,09 + 573,6 + 305,25 - 140,1 = 1403,84

Ponadpodstawową przemianą materii określa się wydatki energetyczne organizmu związane z:

• Rodzajem wykonywanej pracy (fizyczna, umysłowa),

• Kosztami trawienia - swoiście - dynamiczne działanie pokarmu

• Wykonywaniem zwykłych codziennych czynności.

• Swoiście dynamiczne działanie pokarmu – Wydatki energetyczne związane z trawieniem

składników odżywczych. Najbardziej kosztowne energetycznie jest spożywanie białek- zwiększa przemianę materii o 25-40% , tłuszczów o 14% , węglowodanów o 6%.

Podstawowym źródłem energii dla pokrycia potrzeb energetycznych organizmu są tłuszcze, węglowodany i białka.

Wartość kaloryczna składników pokarmowych:

• Białka i węglowodany - 4 kcl • Tłuszcze - 9kcl

• Wykonywanie przez człowieka jakiejkolwiek pracy zwiększa podstawową przemianę materii (PPM). Wydatki związane z wykonywaniem zwykłych czynności, takich jak mycie się, ubieranie i inne, mogą wykazywać różne wartości w zależności od ich intensywności i czasu trwania. Dla kobiet na te czynności (niezwiązane z pracą zawodową) przeznacza się około 220 kcal, a dla mężczyzn 360 kcal ponad PPM.

• Sumując podstawową przemianę materii i ponadpodstawową obliczamy przemianę całkowitą. Przykładowo całkowita przemiana materii u studentki I roku pedagogiki wynosi:

• podstawowa przemiana materii ok. 1440 kcal • proces trawienia (ok. 10% PPM) ok. 144 kcal • nauka (10 godz. 50 kcal) ok. 500 kcal • codzienne czynności ok. 220 kcal • Całkowita przemiana materii to ok. 2304

kcal.

• Suma wydatków energetycznych (całkowita przemiana materii) określa jednocześnie wielkość dziennego zapotrzebowania energetycznego organizmu, co stanowi podstawę komponowania diety.

• Wszystkie żywe organizmy potrzebują energii, która jest niezbędna do podtrzymania procesów fizjologicznych i wykonywania pracy. Organizm wykorzystuje tę energię w procesach przemiany materii, a część zużywa do procesów regeneracji.

• W żywieniu człowieka wyróżniamy trzy podstawowe źródła energii: węglowodany, tłuszcze i białka.

• W normalnej diecie fizjologicznej składniki te powinny pokrywać zapotrzebowanie:

• białka 12-14 % do 15% • tłuszcze 30% (w tym min 3% powinny stanowić

Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe) • węglowodany energetyczne w następujących

proporcjach: • 50-60% w tym do 10% cukry proste (nawet do 70%

kosztem tłuszczów)

Tabela 6. Klasyfikacja pracy według wielkości ogólnego wydatku energetycznego i liczby kalorii pracy zawodowej

Stopień ciężkości pracyWielkość ogólnego wydatku

energetycznegoWielkość wydatku energetyczne go podczas pracy

zawodowej

w kcal/dobę w kJ/dobę w kcal/dobę w kJ/dobę

Lekka 2300 - 2800 9623-11715 0-500 0- 2090

Umiarkowana 2801 - 3300 11716-13807 501 -1000 2091- 4184

Średnia 3301 - 3800 13808-15899 1001 -1500 4185- 6276

Ciężka 3801-4300 15900-17991 1501 - 2000 6277- 8368

Bardzo ciężka 4301 - 4800 17 992 - 20 083

2001 - 2500 8369-10460

Niezmiernie ciężka 4801 - 5300 20084-22175 2501 - 3000 10461-12552

Wyczerpująca 5301 - 5800 22176-24267 3001 - 3500 12553-14650

Źródło: Opracowanie na podstawie: J. Rosner, Podstawy ergonomii, s. 3

• Pierwsza metoda kalorymetrii bezpośredniej pozwala na jednoczesny pomiar wymiany gazowej i wytworzonego ciepła aparatem Atwatera-Rosa-Benedicta. Zasada oznaczania opiera się na ustalaniu różnicy temperatur wody wchodzącej do układu i wychodzącej z niego. Wentylację zapewnia zamknięty układ krążącego powietrza, a wytwarzany dwutlenek węgla jest absorbowany przez pochłaniacze zawierające wapno sodowe.

• Szeroko stosowana jest metoda kalorymetrii pośredniej. Opiera się ona na ilości wykorzystywanego tlenu i wyprodukowanego w tym samym czasie dwutlenek węgla. Do oznaczeń stosowane są dwa systemy aparatów: otwarty z przepływem powietrza i zamknięty, w którym wydychany dwutlenek węgla jest pochłaniany przez wapno sodowe. Zużyty tlen zostaje uzupełniany ze zbiornika, wykazującego jednocześnie wielkość przepływu. Znając ilość tlenu potrzebnego do wytworzenia l kcal oraz współczynnik oddechowy, można obliczyć wielkość wydatku energetycznego człowieka.

• Pomiary wydatku energetycznego zarówno za pomocą kalorymetrii bezpośredniej, jak i pośredniej wymagają odpowiedniej aparatury i specjalnie wyszkolonego personelu. Są one niezwykle pracochłonne i kłopotliwe dla pracowników, na których dokonuje się badań. Dlatego też metody te są stosowane w wyspecjalizowanych laboratoriach badawczych. Potrzeby związane z analizą ciężkości pracy wymagają zastosowania bardziej dostępnych metod oceny wydatku energetycznego na stanowisku roboczym. Celowe wydaje się w związku z tym przedstawienie metod, które stanowią drogi postępowania w tym zakresie.

S z cz e g ó ln ą fo rm ą sz a c o w an ia w ie lk o śc i w yd a tk u en e rg e tyc z n e g o n a s tan o w isk a c h p ra c y m e to d ą c h ro n o m e tra ż o w o -ta b e la ryc z n ą je s t m e to d a L eh m a n n a . M e to d a ta u w z g lęd n ia p o z yc ję i ro d z a j g ru p m ię śn io w yc h z aa n g aż o w an y c h p rz y w y k o n y w an iu p ra c y . Metoda Lehmanna jest dwuetapowa

W etapie pierwszym dokonuje się oceny pozycji podczas pracy i, stosując tabelę 2A, szacuje się wydatek energetyczny, w y n ik a jąc y z u trz y m an ia te j p o z y c ji.

W eta p ie d ru g im , n a p o d s taw ie an a lizy cz y n n o ś c i roboczych, ocenia się główne grupy mięśni wykonujących te czynności i, stosując ta b e lę 2 B , sz a c u je s ię w y d a te k e n e rg e ty c z n y , w y n ik a ją c y z w y k o n y w a n ia te j c z yn n o śc i.

Koszt energetyczny pracy określa się poprzez zsumowanie wyników uzyskanych w obu omówionych etapach.

• Metoda ta polega na uwzględnieniu zajmowanej przy pracy pozycji ciała oraz określonego przez rodzaj pracy stopnia zaangażowania układu mięśniowego (por. tab. 7, część A i B). Z tabeli 7 część A odczytujemy liczbę dżuli zużytkowaną na otrzymanie danej pozycji ciała przy pracy. Z tabeli 7 część B odczytujemy zapotrzebowanie energetyczne związane z wykonywaniem pracy zależnie od zajmowanej pozycji. Po zakwalifikowaniu wykonanych czynności do odpowiedniego typu obciążeń dokonujemy chronometrażu na podstawie danych zawartych w tabeli 7 część A i B, a następnie dodajemy obliczone wartości, otrzymując poszukiwany wydatek energetyczny przy danym, rodzaju wykonywanej pracy.

Tabele wielkości wydatku energetycznego przy różnorodnych czynnościach zostały opracowane w okresie ostatnich 60 lat za pomocą metody kalorymetrii pośredniej.

Tabela 7. Normatywy cząstkowe wydatku energetycznego w zależności od pozycji ciała i rodzaju wykonywanej pracyCzęść A

Pozycja ciałaWydatek energetyczny

w kcal/min w kJ/min

Siedząca 0,3 1,2

Na kolanach 0,5 2,1

Na kucki 0,5 2,1

Stojąca 0,6 2,5

Stojąca pochylona 0,8 3,3

Chodzenie 1,7-3,5 7,1 -14,6

Wchodzenie po pochyłości 0,75 3,1

bez obciążenia na l m wzniesienia na l m wzniesienia

Część B

Rodzaj pracyWydatek energetyczny

w kcal/min w kJ/min

Praca palców, dłoni i przedramienia

lekkaśredniaciężka

0,3 - 0,60,6-0,90,9-1,2

1,2-2,52,5 - 3,83,8 - 5,0

Praca jednego ramienia lekkaśredniaciężka

0,7-1,21,2-1,71,7-2,2

2,9-5,05,0-7,17,1-9,2

Praca obu ramion lekkaśredniaciężka

1,5 - 2,02,0-2,5

2,5 - 3,0

6,3- 8,48,4-10,5

10,5 -12,6Praca mięśni kończyn i tułowia

lekkaśredniaciężka

2,5- 4,04,0- 6,06,0- 8,58,5-11,5

10,5 -16,716,7-25,125,1-35,5

35,5 - 48,1

Źródło: Por. H. Kirsctmcr, Obciążenie fizyczne podczas pracy zawodowej i jego ocena, w: Ergonomiczna ocena uciążliwości pracy, pod red. A. Hanscna, wyd. 2, WZ CRZZ, Warszawa 1970, s. 46.

M eto d a o c en y w yd a tk u en e rg e tyc z n e g o p o d cz as p ra c y n a p o d s ta w iep o m ia ru częstości skurczów serca ma zastosowanie jedynie wp rz yp a d k u p ra c y d yn a m icz n e j, z z a an g ażowaniem dużych grupm ięśniowych, przy małym statycznym obciążeniu mięśni i przy brakuw pływu stresu cieplnego i obciążenia psychicznego pracownikapodczas pracy.

Zależność między częstością skurczów serca i kosztemenergetycznym pracy m oże być opisana następującym wzorem:

gd z ie :M - je s t k o s z te m e n e rg e ty c zn y m p ra c y , w W /m 2

H R - je s t c zęstością skurczów serca zmierzonąp o d c za s p ra c y .

• Kolejna metoda oceny wydatku energetycznego na podstawie mechanicznego efektu pracy jest możliwa do zastosowania tam, gdzie mechaniczny efekt pracy może być łatwo wymierzony w kilogramometrach. W warunkach produkcyjnych ma to miejsce wówczas, gdy mięśnie dynamicznie przeciwdziałają sile ciężkości, np. przenoszenie ciężarów na pewną wysokość, ładowanie itp.

• Pomiaru wydatku energetycznego można dokonać także na podstawie zachodzących w czasie pracy zmian fizjologicznych. Fakt ten umożliwia wykorzystanie kształtowania się pewnych parametrów hemodynamicznych i respiracyjnych do oceny natężenia wysiłku fizycznego pracownika. W tym przypadku dokonuje się pomiaru wentylacji płuc, częstości tętna i temperatury ciała

Liczby dżuli podane w tabeli ujmują zarówno efektywny wydatek energetyczny, jak i przemianę podstawową. Są to tzw. dżule brutto. W celu wyliczenia dżuli efektywnych, bez uwzględnienia przemiany podstawowej, odejmujemy od załączonych wartości 4,2 kJ.

Dla praktycznego stosowania wiedzy o biorytmach w planowaniu i zarządzaniu można zaproponować następujący podział:

• biologiczne rytmy wydolności fizycznej i psychicznej (emocjonalny), sprawności intelektualnej (dyspozycji twórczej) oraz rytmy o okresach rocznych, tygodniowych i dobowych (okołodobowych).

Rytm wydolności fizycznej o okresie 23 dni warunkuje siłę fizyczną i odporność organizmu, wytrzymałość i koordynację ruchów. Rytm psychiczny (28 dni) określa stan psychiki, samopoczucie, intuicję, wrażliwość na urazy psychiczne i emocjonalne. Natomiast rytm intelektualny o okresie 33 dni wpływa na pamięć, zdolność logicznego myślenia oraz dyspozycje twórcze.

• Każdy z tych okresów dzieli się na dwie fazy: pozytywną i negatywną. Pierwsza połowa dni z każdego cyklu jest pozytywna, druga zaś negatywna. Do najbardziej krytycznych należy dzień przechodzenia z fazy pozytywnej (dodatniej) w negatywną (ujemną) i na odwrót. W cyklu fizycznym bywa to często dzień nieszczęśliwych wypadków. Podobnie zaznacza się „minusowa" skłonność w cyklu psychicznym, sprzyjająca powstawaniu konfliktów w stosunkach międzyludzkich. Krytyczny dzień w cyklu intelektualnym nie jest groźny, jeśli nie zbiegnie się przypadkowo z dniem krytycznym jednego z pozostałych cykli (fizycznego bądź psychicznego), które wzmocniły jego „minusowość".

Fizyczny 82

Emocjonalny 63

Intelektualny 99

Intuicyjny -24

Wyświetlany miesiąc: 10/2008Jesteś w 8 z 23 dniu cyklu fizycznego  tendencja malejąca Jesteś w 3 z 28 dniu cyklu psychicznego  tendencja rosnąca Jesteś w 9 z 33 dniu cyklu intelektualnego

Jesteś w 8 z 23 dniu cyklu fizycznego tendencja malejąca      Jesteś w 3 z 28 dniu cyklu psychicznego tendencja rosnąca      Jesteś w 9 z 33 dniu cyklu intelektualnego tendencja malejąca      Jesteś w 24 z 25 dniu cyklu intuicyjnego tendencja rosnąca      

• Spostrzeżenia te są wykorzystywane w praktyce. I tak przykładowo Japońskie Towarzystwo Kolejowe „Ohmi" stosuje system kart ostrzegających. Są one wręczane tym kierowcom z danej zmiany, którzy przeżywają dni krytyczne. Kierowcy ci prowadzą wówczas wozy z uwagą, zwłaszcza w okręgach znanych z nasilenia wypadków drogowych. Po wprowadzeniu tego systemu w 1969 r. liczba wypadków spadła wówczas do 50%, wykazując stałą tendencję zniżkową.

• W ślad za Japonią wiele firm na Zachodzie związanych szczególnie z komunikacją opracowuje biogramy w celu zmniejszenia liczby nieszczęśliwych wypadków wśród pracowników. Natomiast Szwajcarskie Biuro Systemów Transportowych stale poddaje biorytmicznej analizie wypadki drogowe, a wielu lekarzy korzysta z tej teorii przy wyznaczaniu dnia najlepszego do przeprowadzenia zabiegów chirurgicznych.

• Podobne badania w polskich kopalniach węgla kamiennego prowadził w latach 1970 -1972 inż. Kazimierz Mruk. Z badań tych wynika, że wypadki spowodowane przyczynami organizacyjno-ludzkimi zdarzały się najczęściej w ujemnej fazie wszystkich trzech rytmów biologicznych, a zwłaszcza w dniach krytycznych.W organizmie człowieka stwierdzono również występowanie rocznego, tygodniowego i dobowego rytmu biologicznego. Z rysunku 9 wynika, że w ciągu roku kalendarzowego zmienia się dyspozycyjność organizmu człowieka do pracy. Największa zdolność psychofizjologiczna występuje w styczniu i marcu, wrześniu i listopadzie, najmniejsza natomiast w miesiącach letnich. Informacje te winny być wykorzystywane przez służby pracownicze w zakładach pracy np. do planowania urlopów wypoczynkowych itp.

Rys. 9. Wahania wydajności pracy w ciągu roku kalendarzowego Źródło: Por. G. Lehmann, Praktyczna, s. 110

• O wiele wcześniej niż zapoczątkowano badania biorytmów i ich wpływu na przebieg pracy powstała nazwa „szewski poniedziałek", związana z tygodniowym rytmem biologicznym (por. rys. 10).

Rys. 10. Wahania wydajności pracy w ciągu tygodnia Źródło: Por. G. Lebmann, Praktyczna, a. 110

• Wielu ludzi po dniu wolnym nie ma ochoty robić czegokolwiek, a niektórzy wcale nie przychodzą do pracy. Wiadomo też, że produkcja pochodząca z pierwszych godzin początku tygodnia charakteryzuje się największą liczbą braków. Na początku i końcu tygodnia odnotowuje się także znaczne zwiększenie częstot-liwości wypadków drogowych w porównaniu z pozostałymi dniami. Obok poniedziałku również piątkowe popołudnie i wieczór uchodzi za obfitujące w tragiczne zdarzenia. Przyczyną jest fizyczne i psychiczne wyczerpanie w czasie dni minionego tygodnia. Wielu lekarzy i psychologów argumentuje, że obecnie tylko pięciodniowy tydzień roboczy z około ośmiogodzinnym dniem pracy pozwala na optymalne zsynchronizowanie wysiłku z naturalnym rytmem funkcjonowania całej przyrody.

Rys. 11. Krzywe wydajności pracy w ciągu dnia (według Otto Grafa) Źródło: Por. G. Lehmaii JL, Praktyczna, a. 110

• Tak samo ważny jak tygodniowy jest rytm sprawności psychofizycznej w ciągu całego dnia pracy (por. rys. 11).

• Z dobowym rytmem biologicznym wiążą się spostrzeżenia dokonane przez Otto Grafa, którego nazwiskiem została upamiętniona wykreślona przez niego fizjologiczna krzywa pracy.

• Według tej krzywej po trwającej od pół do jednej godziny fazie wpracowania osiągamy największą wydajność pracy w godzinach 8,00- 10,00 przed południem, która jest o 30% powyżej średniej. Następnie krzywa rytmu spada powoli do minimum około południa. Po południu następuje ponowny wzrost do maksimum między 12,00 a 14,00, która jednak nie osiąga poziomu przedpołudniowego i następuje kolejne obniżenie aż do zakończenia pracy. W ciągu dnia pracy ukształtowała się krzywa podwójna, którą Graf nazwał krzywą fizjologiczną pracy. Odzwierciedla ona rytm fizjologiczny, a więc przystosowanie tempa pracy do fizjologicznych wahań gotowości do pracy człowieka.

• W przypadku gdy kolejność wykonywanych czynności w ciągu dnia może być ustalona przez wykonawcę, nie rozpocznie on nigdy od zadań najtrudniejszych, lecz przełoży je na późniejsze godziny. Nie odłoży ich jednak na koniec dnia roboczego.

• Omówiona wyżej krzywa fizjologiczna pracy odnosi się do godzin przedpołudniowych i popołudniowych. Obecnie zapoznamy się z jej dalszym przebiegiem w ciągu całej doby (por. rys. 12).

Rys. 12. Krzywa gotowości do wysiłku w ciągu 24 godzin Źródło: Por. G. Lehmaim, Praktyczna, s. 110

• Podczas drugiej zmiany roboczej maksymalną wartość krzywa osiąga około godziny 18,00 i od tego momentu trwa jej opadanie, osiągając skrajne minimum około godziny 3,00 nad ranem. Ponowny wzrost następuje między godzinami 3,00 a 4,00 nad ranem,

aby dojść do wysokiego poziomu w godzinach porannych.

• Analiza przebiegu krzywej fizjologicznej pracy wykazuje, że dyspozycja do pracy na ogół jest najkorzystniejsza w godzinach przedpołudniowych oraz w pierwszych godzinach zmiany popołudniowej. Najmniej korzystna dyspozycja do pracy występuje w godzinach nocnych, dlatego też praca nocna winna być ograniczona do rozmiarów bezwzględnie koniecznych. Zmianą wiodącą powinna być zmiana przedpołudniowa.

• Zła dyspozycja do pracy w godzinach niekorzystnych dla rytmu dnia prowadzi do niedomagań i błędów w pracy.

• Na podstawie badań przeprowadzonych przez badaczy szwedzkich (por. rys. 13), którzy przez 19 lat notowali błędne zapisy robotników gazowni w Szwecji, można stwierdzić biologiczną gotowość organizmu do pracy w poszczególnych godzinach dnia. Szczególnie interesujące jest to, że godziny końca pracy zmianowej - 6,00 rano, 2,00 po południu i 10,00 wieczorem — nie uwidaczniają się zupełnie w krzywej. Oznacza to, że zmiana rozpoczynająca pracę o 6,00 rano robi podobną liczbę błędów, co zmiana, która ma za sobą pracę nocną11. Rytm biologiczny góruje w tym przypadku nad objawami zmęczenia wywołanymi przez pracę. Nieprzestrzeganie dyspozycyjności organizmu człowieka do wykonywania pracy zgodnie z zaleceniami wynikającymi z fizjologicznej krzywej może spowodować przedwczesne zmęczenie12.

Rys. 13. Liczba błędnych zapisów u 175000 pracowników gazowni w latach 1912 -1931 (według B. Bjarnera, A. IIolma i A. Swensona)

Źródło: Por. G. Lehmaiin, Praktyczna, s. 112

• 11 Częstość błędów działań jest również miarodajna dla częstotliwości nieszczęśliwych wypadków. Można zatem wnioskować, że liczba nieszczęśliwych wypadków w ciągu dnia da w wyniku taką samą krzywą, jaką dala notowana przez Szwedów liczba błędnych działań, a więc krzywą odwrotną do dyspozycji do pracy. W większości zakładów tak nie jest, ponieważ liczba wypadków w dużym stopniu zależy od tempa pracy. Ten moment decyduje, że krzywa wypadków odpowiada krzywej dyspozycji do pracy. Por. G. Lehmann, Praktyczna, s. 13.

Dziękuję za uwagę!